DE3713722A1 - Umlaufraedergetriebe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Umlaufrädergetriebe.

In der Getriebetechnik stellt sich häufig die Aufgabe, bei gleichbleibender Antriebsleistung und Antriebsdrehzahl die Abtriebsdrehzahl in Abhängigkeit von dem abgenommenen Drehmoment zu regeln, um eine konstante Abtriebsleistung zu erhalten.

Es gibt bereits eine Reihe von Getrieben, bei denen die Drehzahl regelbar ist. Es ist jedoch bisher kein mechani­ sches Getriebe bekannt, das selbsttätig die Drehzahl am Abtrieb je nach Drehmomentbedarf ändert. Bei allen bekannten mechanischen Getrieben erfolgt die Drehzahländerung von außen her, beispielsweise über den Schalthebel bei einem Schaltgetriebe oder durch Verstellen der An- und Abtriebs­ durchmesser bei einem Reibradgetriebe. Die bekannten Getrie­ be weisen jedoch den Nachteil auf, daß mit ihnen die ideale Zugkrafthyperbel im Betriebskennfeld nur in einigen Punkten oder nur in einem sehr engen Bereich zu erreichen ist, so daß der maximale Wirkungsgrad, beispielsweise bei Schalt­ getrieben wegen der abgestuften Übersetzungen, selbst bei optimaler Umschaltung, nicht erzielbar ist.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, als Zahnradge­ triebe ein Umlaufrädergetriebe zu schaffen, bei dem sich die Abtriebsdrehzahl in Abhängigkeit vom abgenommenen Drehmoment selbsttätig einstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Umlauf­ rädergetriebe, das gekennzeichnet ist durch eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, die fluchtend zueinander angeordnet sind und eine Hauptachse definieren, ein antriebsseitiges und ein abtriebsseitiges Planetenradsystem A und B, jeweils bestehend aus einem mit der Antriebswelle bzw. der Abtriebs­ welle verbundenen Planetenradträger mit jeweils wenigstens einem Planetenrad und jeweils einem frei drehbar gelagerten Hohlrad, mit dem jeweils das zugehörige Planetenrad abrollbar verbunden ist, eine in der Hauptachse liegende Zentralwelle, die an jedem Ende je ein fest angeordnetes Übertragsungsrad aufweist, auf dem jeweils die Planetenräder des antriebsseiti­ gen Planetenradsystems einerseits und des abtriebsseitigen Planetenradsystems andererseits abrollbar sind, ein koaxial zur Hauptachse drehbar gelagertes Umlaufgehäuse, in dem achsparallel zur Hauptachse wenigstens ein Ausgleichsplaneten­ system C auf einer Lagerachse gelagert ist, bestehend aus einem auf der Lagerachse drehbar gelagerten Planetenträger mit wenigstens einem Planetenrad und einem Hohlrad einerseits und einem fest mit der Lagerachse des Ausgleichsplanetensy­ stems C verbundenen Stützrad andererseits, wobei das Planeten­ rad mit dem Hohlrad und dem Stützrad abrollbar verbunden ist, und ferner das Hohlrad des antriebsseitigen Planeten­ systems A und das Hohlrad des Ausgleichsplanetensystems C aufeinander abrollbar sind und der Planetenträger des Ausgleichsplanetensystems C mit einem koaxialen Kuppelrad verbunden ist, das auf dem Hohlrad des abtriebsseitigen Planetensystems B abrollbar ist,und ein gestellfestes Großrad, in dem das Hohlrad des Ausgleichsplanetensystems C abrollbar ist. Durch die erfindungsgemäße Koppelung des antriebsseitigen Planetenradsystems A mit dem abtriebsseiti­ gen Planetenradsystem B über die Zentralwelle einerseits und das im Umlaufgehäuse gelagerte Ausgleichsplanetensystem C andererseits ergibt sich eine Leistungsverzweigung mit der Möglichkeit, bei anstehendem Drehmoment auf der Antriebsseite, d.h. also bei rotierendem Antrieb, auf der Abtriebsseite das Drehmoment aus dem Stillstand der Abtriebswelle bis zur Betriebsdrehzahl lastabhängig abzunehmen. Wird beispiels­ weise die Abtriebswelle durch eine Bremseinrichtung festge­ halten, rotiert das Umlaufgehäuse mit dem zugehörigen Ausgleichsplanetensystem, so daß der Antrieb nicht blockiert ist. Das bedeutet für den praktischen Einsatz, daß das Getriebe gegen Überlastung gesichert ist und dementsprechend bis zu einem maximalen Drehmoment abtriebsseitig Leistung abgegeben wird. Das bedeutet aber auch, daß es möglich ist, bei laufendem Antrieb mit entsprechender Freigabe einer Bremse stufenlos vom Stillstand auf eine dem Lastmoment entsprechende Drehzahl hochzufahren. Dieser Effekt wird durch die zweifache Koppelung der Abtriebswelle möglich, wobei das abtriebsseitige Planetenradsystem über die Zentral­ welle einerseits und das Koppelrad des Ausgleichsplaneten­ systems andererseits eine "Drehmomentwaage" in der Weise bildet, daß das Umlaufgehäuse nur dann rotiert, wenn das an der Abtriebswelle anliegende Lastmoment in seiner Größe abweicht vom Wert des Antriebsmomentes x Übersetzungsverhält­ nis, gegeben durch Planetenradsystem A, Zentralwelle und Planetenradsystem B.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gekennzeichnet.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt,

Fig. 2 die Radanordnung entsprechend einem Schnitt entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 die Radanordnung entsprechend einem Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 1.

In einem Getriebegehäuse 1 ist eine Antriebswelle 2 mit einer Abtriebswelle 3 fluchtend gelagert, so daß die Achsen beider Wellen eine Hauptachse 4 des Getriebes bilden. Die Antriebs­ welle 2 bildet mit einem Planetenradträger 5, auf dem drei Planetenräder 6 gelagert sind, das Planetenradsystem A. Die Planetenräder 6 rollen in einem frei drehbar gelagerten Hohlrad 7 ab. Die Abtriebswelle ihrerseits bildet mit einem Planetenradträger 8 in dem wiederum drei Planetenräder 9 drehbar gelagert sind, die in einem Hohlrad 10 abrollen, das Planetenradsystem B.

In der Hauptachse 4 des Getriebes verläuft eine Zentralwelle 11, an deren freien Ende jeweils ein Übertragsungsrad 12 bzw. 13 fest angeordnet ist. Das Übertragungsrad 11 steht hierbei mit den Planetenrädern 6 des antriebsseitigen Plane­ tenradsystems A in Verbindung, während das Übertragungsrad 13 mit den Planetenrädern 9 des abtriebsseitigen Planetenrad­ systems B in Verbindung steht.

Koaxial zur Hauptachse 4 ist ein Umlaufgehäuse 14 drehbar gelagert. Das Umlaufgehäuse 14 kann nun, wie dargestellt, auf den Planetenradträgern 5 und 8 oder aber auch am Ge­ triebegehäuse 1 gelagert sein. Das Umlaufgehäuse 14 ist mit wenigstens einer Lagerachse 15 versehen, auf der ein Planetenträger 16 frei drehbar gelagert ist, dessen Planeten­ räder 17 in einem auf dem Planetenträger drehbar gelagerten Hohlrad 18 abrollen und das Planetenradsystem C bilden.

Das Hohlrad 7 des antriebsseitigen Planetenradsystems A, das Hohlrad 18 des auf der Lagerachse 15 gelagerten Aus­ gleichsplanetenradsystems C und das Hohlrad 10 des abtriebs­ seitigen Planetenradsystems B ist jeweils am Außenumfang ebenfalls mit einer Verzahnung versehen, wobei die Hohlräder 7 und 18 aufeinander abrollen. Dem Hohlrad 18 ist ferner noch ein gestellfestes Großrad 19 zugeordnet.

Der Planetenträger 16 des im Umlaufgehäuse 14 gelagerten Ausgleichsplanetenradsystems C ist mit einem Koppelrad 20 versehen, das auf der Außenverzahnung des abtriebsseitigen Hohlrades 10 abrollbar ist.

Die Eingriffsverhältnisse der einzelnen Systeme miteinander sind schematisch in den Fig. 2 und 3 dargestellt. Die Schnittdarstellung ist hierbei lediglich auf die miteinander im Eingriff befindlichen Zahnräder der einzelnen Systeme reduziert. Die Planetenradträger der einzelnen Systeme sind, da sie ebenfalls drehmomentübertragende Elemente darstellen, durch die zugehörigen Umlauflinien der Achsenmit­ telpunkte der einzelnen Planetenräder als strichpunktierte Linie dargestellt.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird das Antriebsdrehmoment über den Planetenträger 5 auf die Planetenräder 6 übertragen. Das Antriebsmoment ist hier durch die zwischen Planetenträger 5 und den Planetenrädern 6 wirkenden Umfangskräfte gekenn­ zeichnet. Dieses Antriebsdrehmoment wird nun entsprechend dem Lastfall auf das Übertragsungsrad 12 der Zentralwelle 11 und/oder über die Hohlräder 7, 18 und den Planetenträger 16 auf das abtriebsseitige Planetenradsystem B übertragen. Das Abtriebsmoment ist entsprechend durch die auf den Planetenträger 8 wirkenden Umfangskräfte gekennzeichnet und wird je nach Lastfall vom Übertragungsrad 13 der Zentral­ welle 11 und/oder vom Hohlrad 10 über das Koppelrad 20 des Ausgleichsplanetenradsystems C abgegriffen.

Das Planetenradgetriebe A stellt somit das Leistungseingangs­ getriebe dar, während das Planetenradgetriebe B das Leistungs­ ausgangsgetriebe bildet. Das Planetenradgetriebe C stellt zusammen mit dem gehäusefesten Großrad 19 ein Ausgleichs­ system dar, über das je nach Drehmomentbedarf sich die Drehzahl an der Abtriebswelle und innerhalb des Systems die Abstützungskräfte und die Abstützungsrichtung ändert. Über die Planetenräder 6 des Planetenradsystems A wird das Drehmoment einmal auf das Übertragungsrad 12 der Zentral­ welle 4 (innerer Zweig) übertragen und einmal auf das Hohl­ zahnrad 7 und damit über das Planetenradsystem C auf das Hohlrad 10 des Planetenradsystems B (äußerer Zweig) über­ tragen. Wichtig ist nun, daß die einzelnen Wege unterschied­ liche Übersetzungen haben. Bei gleichen Übersetzungen würde das Getriebe als Kupplung arbeiten.

Aus Fig. 2 und 3 kann ohne weiteres abgeleitet werden, daß zwei Grenzfälle möglich sind. Wird das Hohlrad 7 des Planetenradsystems A festgesetzt, so steht auch das Planeten­ radsystem C fest. Die Leistungsübertragung geht dann aus­ schließlich vom Planetenradträger 5 über die Planetenräder 6 auf das Übertragungsrad 12 und damit über die Zentralwelle 11 auf das Planetenrad 9 und den Planetenträger 8 des Planeten­ radsystems B über.

Für den zweiten Grenzfall setzt man die Zentralwelle 11 fest. Dann wird die Leistung vom Planetenradträger 5 über die Planetenräder 6, das Hohlrad 7, von diesem auf das Hohlrad 18 übertragen. Auch hier erfolgt eine Verzweigung, und zwar einmal auf das Stützrad 15′ einerseits und das Großrad 18 andererseits, so daß sowohl der Planetenträger 16 um die Lagerachse 15 als auch das Umlaufgehäuse 14 um die Hauptachse 4 rotieren kann.

Die Übersetzungsverhältnisse sind nun so ausgelegt, daß Übersetzungsverhältnisse zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle über den inneren Zweig größer ist als die Übersetzung über den äußeren Zweig.

Die Auslegung der Einzelgetriebe wurde hierbei so gewählt, daß über alle Verzweigungen immer auf dem Abtrieb die Kraft für die gleiche Drehrichtung in Abtriebsrichtung abgegeben wird. Dadurch ist je nach Größe des Abtriebsmomentes am abtriebsseitigen Planetenradsystem B das Hohlrad 10 oder das Übertragungsrad 13 der Zentralwelle 11 Antriebs- oder Stützrad. Bei einem Abtriebsmoment, das kleiner ist als das Eingangsdrehmoment multipliziert mal kleiner Grundüber­ setzung bildet das Hohlrad 10 das Antriebsrad und das Über­ tragungsrad 13 das Stützrad. Das geht soweit, daß sich das Übertragungsrad 13 in der Gegenrichtung dreht und das Hohlrad 10 über den Planetenträger 8 der Abtriebswelle mit einer höheren Drehzahl rotiert. Das Umlaufgehäuse 14 dreht sich in Antriebsrichtung und die Abtriebsdrehzahl ist somit größer als es der kleinen Grundübersetung ent­ spricht.

Ist das Abtriebsmoment größer als das Eingangsdrehmoment mal der größeren Grundübersetzung, dann ist das Übertra­ gungsrad 13 das Antriebsrad und das Hohlrad 10 das Stütz­ rad. Das Hohlrad 10 dreht sich jetzt entgegen der Antriebs­ drehrichtung und obwohl das Stützrad immer schneller dreht, dreht sich jetzt der mit der Abtriebswelle 3 gekoppelte Planetenradträger 8 immer langsamer. Das Umlaufgehäuse 14 dreht sich entgegen der Antriebsdrehrichtung.

Liegt das Abtriebsmoment zwischen den den Übersetzungen entsprechenden Drehmomenten, so treiben und stützen das Übertragungsrad 13 und das Hohlrad 10. Bei einem Abtriebs­ moment, das der großen Grundübersetzung entspricht, steht das Umlaufgehäuse still. Bei einem Abtriebsdrehmoment, das der kleinen Grundübersetzung entspricht, dreht sich das Umlaufgehäuse 14 in Antriebsrichtung.

Mit dem vorstehend beschriebenen Getriebe kann man nun nicht ein beliebig großes Drehmoment übertragen. Die Grenze ist durch das Eingangsmoment und die große Grundübersetzung gegeben. Überschreitet das Abtriebsmoment das aufgrund der Übersetzungsverhältnisse maximal durchleitbare Moment, so bleibt der mit der Abtriebswelle 3 verbundene Planeten­ radträger 8 stehen und das Umlaufgehäuse 14 erreicht seine größte Drehzahl entgegen der Antriebsdrehrichtung. Das an der Abtriebswelle 3 anstehende Drehmoment bleibt zwar erhalten, es wird aber keine Leistung übertragen.

Claims (5)

1. Umlaufrädergetriebe, gekennzeichnet durch eine Antriebswelle (2) und eine Abtriebswelle (3), die fluchtend zueinander angeordnet sind und eine Hauptachse (4) definieren, ein antriebsseitiges und ein abtriebsseiti­ ges Planetenradsystem, jeweils bestehend aus einem mit der Antriebswelle (2) bzw. der Abtriebswelle (3) verbundenen Planetenradträger (5; 8) und jeweils wenigstens einem Plane­ tenrad (6; 9) und einem jeweils frei drehbar gelagerten Hohlrad (7; 10), mit dem jeweils das Planetenrad (6; 8) abrollbar verbunden ist, eine in der Hauptachse (4) liegende Zentralwelle (11), die an jedem Ende je ein fest angeordnetes Übertragungsrad (12; 13) aufweist, auf dem jeweils die Planetenräder (6; 8) des antriebsseitigen Planetenradsystems A einerseits und des abtriebsseitigen Planetenradsystems B andererseits abrollbar sind, ein koaxial zur Hauptachse (4) drehbar gelagertes Umlaufgehäuse (14) in dem achsparallel zur Hauptachse (4) wenigstens ein Ausgleichplanetenrad­ system C auf einer Lagerachse (15) gelagert ist, bestehend aus einem auf der Lagerachse (15) drehbar gelagerten Planeten­ träger (16) mit wenigstens einem Planetenrad (17) und einem Hohlrad (18) einerseits und einem fest mit der Lagerachse (15) des Ausgleichsplanetenradsystems C verbundenen Stützrad (15′) andererseits, wobei das Planetenrad (17) an dem Hohlrad (18) und dem Stützrad (15′) abrollbar ist, wobei das Hohlrad (7) des antriebsseitigen Planetenradsystems A und das Hohlrad (18) des Ausgleichsplanetenradsystems C aufeinander abrollbar sind und ferner der Planetenträger (16) des Ausgleichsplaneten­ radsystems C mit einem koaxialen Koppelrad (20) verbunden ist, das auf dem Hohlrad (10) des abtriebsseitigen Planeten­ radsystems abrollbar ist, und ein gestellfestes Großrad (19), in dem das Hohlrad (18) des Ausgleichsplanetenrad­ systems C abrollbar ist.

2. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das antriebsseitige Hohlrad (7) im Durchmesser kleiner ist als das abtriebsseitige Hohlrad (10) und das antriebssei­ tige Übertragungsrad (12) der Zentralwelle (11) im Durchmesser größer ist als das abtriebsseitige Übertragsungsrad (13).

3. Umlaufrädergetriebe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Koppelrad (20) im Durchmesser kleiner ist als jeweils die Hohlräder (7; 10) des antriebsseitigen und des abtriebsseitigen Planetenradsystems A und B.

4. Umlaufrädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Planetenradsystem A, B, C jeweils wenigstens zwei Planetenräder aufweist.

5. Umlaufrädergetriebe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Umlaufgehäuse (14) wenigstens zwei Ausgleichsplanetenradsysteme C gelagert sind.